Vers une théorie de la mesure dans QFT : des mesures quantiques « impossibles » sont possibles mais pas idéales

Vers une théorie de la mesure dans QFT : des mesures quantiques « impossibles » sont possibles mais pas idéales

Horodatage: 27 février 2024 5:27

Nicolas Gisin et Flavio Del Santo

Groupe de Physique Appliquée, Université de Genève, 1211 Genève, Suisse
Université des Constructeurs, Genève, Suisse

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Abstract

Des tentatives naïves pour rassembler des mesures de relativité et quantiques conduisent à une signalisation entre des régions séparées comme dans l’espace. Dans QFT, celles-ci sont appelées $textit{mesures impossibles}$. Nous montrons que le même problème se pose en physique quantique non relativiste, où les mesures conjointes non locales (c'est-à-dire entre des systèmes maintenus spatialement séparés) conduisent en général à une signalisation, alors qu'on pourrait s'attendre à une absence de signalisation (basée par exemple sur le principe $textit{ de communication non non physique}$). Cela soulève la question : quelles mesures quantiques non locales sont physiquement possibles ? Nous examinons et développons davantage une approche d'information quantique non relativiste développée indépendamment des mesures impossibles dans QFT, et montrons que ces deux approches ont abordé pratiquement le même problème. La solution non relativiste montre que toutes les mesures non locales sont $localisables$ (c'est-à-dire qu'elles peuvent être effectuées à distance sans violer la non-signalisation) mais qu'elles (i) peuvent nécessiter des ressources intriquées arbitrairement importantes et (ii) ne peuvent en général pas être $idéal$, c'est-à-dire ne sont pas immédiatement reproductibles. Ces considérations pourraient aider à guider le développement d’une théorie complète de la mesure dans QFT.

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Image à la une : Les « mesures impossibles » sont également un problème de physique quantique non relativiste. En utilisant des états intriqués comme ressources, il est cependant possible d'effectuer des mesures non locales sans violer la non-signalisation. Pourtant, ces mesures ne peuvent pas être idéales.

Résumé populaire

Les tentatives naïves de fusionner la relativité avec les mesures quantiques conduisent théoriquement à une communication instantanée entre des régions lointaines. Ce travail montre qu'un tel problème, connu en théorie quantique des champs (QFT) sous le nom de « mesures impossibles », apparaît également en physique quantique non relativiste, où certaines mesures conjointes sur des systèmes spatialement séparés pourraient permettre la signalisation même si aucun porteur physique ne voyage entre les parties.
La recherche sur l’information quantique non relativiste est parallèle aux dilemmes observés dans QFT, suggérant un défi sous-jacent commun. La question cruciale est d'identifier quelles mesures quantiques non locales (c'est-à-dire effectuées sur deux ou plusieurs systèmes sans les placer au même endroit) sont réalisables sans rompre le principe de non-signalisation. Il s'avère que des mesures non locales peuvent être effectuées sans violer l'absence de signalisation, mais ne peuvent pas toujours être idéales (c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas être parfaitement répétées immédiatement). De plus, ils peuvent être réalisés au prix de l’utilisation d’états intriqués supplémentaires comme ressources.
Ces informations sont essentielles pour faire progresser notre compréhension de la mesure quantique à la fois dans des contextes non relativistes et dans QFT, nous rapprochant ainsi d’une théorie unifiée de la mesure quantique.

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